RU2743225C1 - Field-effect transistor with schottky barrier - Google Patents

Field-effect transistor with schottky barrier Download PDF

Info

Publication number
RU2743225C1
RU2743225C1 RU2020130346A RU2020130346A RU2743225C1 RU 2743225 C1 RU2743225 C1 RU 2743225C1 RU 2020130346 A RU2020130346 A RU 2020130346A RU 2020130346 A RU2020130346 A RU 2020130346A RU 2743225 C1 RU2743225 C1 RU 2743225C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
semiconductor layer
active semiconductor
source
gate electrode
semi
Prior art date
Application number
RU2020130346A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Богданов
Юрий Михайлович Богданов
Владимир Григорьевич Лапин
Владимир Михайлович Лукашин
Андрей Борисович Пашковский
Константин Сергеевич Журавлев
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина")
Priority to RU2020130346A priority Critical patent/RU2743225C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2743225C1 publication Critical patent/RU2743225C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • H01L29/812Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: disclosed is a field transistor with a Schottky barrier, comprising a semi-insulating substrate, electrodes of a source, a gate, a drain, on the semi-insulating substrate there is an inhomogeneously doped active semiconductor layer of two parts, first and second, first part - at a given distance from the gate electrode, with concentration of dopant greater than 2×1017 cm-3 and given surface density of said impurity, second part is between said first part and gate electrode, with dopant concentration of less than 2×1017 cm-3, the gate electrode is made on the opposite surface of the active semiconductor layer. Semi-insulating substrate is made from monocrystalline gallium arsenide, said first part of inhomogeneously doped active semiconductor layer is made at distance from gate electrode of more than 0.05 mcm, with thickness of less than 0.07 mcm, with doping impurity surface density (0.6-3.0)×1012 cm-2, field transistor with Schottky barrier further includes a buffer and contact layers, wherein buffer layer is made between said semi-insulating substrate and non-uniformly doped active semiconductor layer, with thickness of more than 0.2 mcm, contact layer is made on second part of non-uniformly doped active semiconductor layer, with thickness of more than 0.01 mcm, with concentration of dopant greater than 2×1018 cm-3, on its opposite surface there are electrodes of source and drain, distance between borders of contact layer under electrodes of source and drain more than 0.8 mcm, said gate electrode has a length of less than 0.7 mcm, at equal distance from the center between the boundaries of the contact layer under the source and drain electrodes, or is shifted towards the source electrode.
EFFECT: higher amplification coefficient of a field-effect transistor with a Schottky barrier, lower level of low-frequency noise of microwave devices on the MESFET.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно к полупроводниковом приборам, полевым транзисторам с барьером Шотки.The invention relates to microwave electronics, namely to semiconductor devices, field-effect transistors with a Schottky barrier.

Полевой транзистор с барьером Шотки (ПТШ) - полевой транзистор, в котором управляющим элементом является барьер Шотки на границе металл-полупроводник.A field-effect transistor with a Schottky barrier (FET) is a field-effect transistor in which the control element is a Schottky barrier at the metal-semiconductor interface.

Усилительные свойства ПТШ целесообразно характеризовать крутизной проходной характеристики S - отношение ΔIc/ΔUзи, гдеIt is advisable to characterize the reinforcing properties of the PTSh by the steepness of the flow characteristic S - the ratio ΔI c / ΔU si , where

Ic - ток стока,I c - drain current,

Uзи - напряжение затвор-исток.U zi - gate-source voltage.

При этом передаточная характеристика устройств СВЧ на ПТШ линейна в области, где крутизна проходной характеристики постоянна.In this case, the transfer characteristic of microwave devices on the PTSh is linear in the region where the steepness of the transmission characteristic is constant.

Известны полевые транзисторы с барьером Шотки с однородным распределением легирующей примеси в активном полупроводниковом слое, обеспечивающим необходимую концентрацию основных носителей заряда и - протекание электрического тока при подаче управляющего напряжения. В которых активный полупроводниковый слой выполнен на полуизолирующей подложке, а на противоположной поверхности активного полупроводникового слоя выполнены электроды истока, затвора, стока, при этом электрод затвора образует с активным полупроводниковым слоем барьер Шотки [Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М, Мир, 1984, т. 1 с. 330].Known field-effect transistors with a Schottky barrier with a uniform distribution of the dopant in the active semiconductor layer, providing the required concentration of the main charge carriers and - the flow of electric current when the control voltage is applied. In which the active semiconductor layer is made on a semi-insulating substrate, and on the opposite surface of the active semiconductor layer, the source, gate, drain electrodes are made, while the gate electrode forms a Schottky barrier with the active semiconductor layer [Zi S. Physics of semiconductor devices. M, Mir, 1984, vol. 1 p. 330].

Camiade М. Bert A. Graffeuil J. Pataut G. Low noise FET oscilators // 13th microwave Conf. Dig. 1983, p. 297-302].Camiade M. Bert A. Graffeuil J. Pataut G. Low noise FET oscilators // 13 th microwave Conf. Dig. 1983, p. 297-302].

Rohdin H. Su C.Y. Sfolte C. A study of the relation between device low-frequency noise and oscilator phas noise for GaAs MESFET's // IEEE MTT-Dig. Conf. 1984, p. 267-269].Rohdin H. Su C.Y. Sfolte C. A study of the relation between device low-frequency noise and oscilator phas noise for GaAs MESFET's // IEEE MTT-Dig. Conf. 1984, p. 267-269].

Недостаток этих ПТШ заключается:The disadvantage of these PTSh is:

во-первых, малом коэффициенте усиления в рабочем режиме и его зависимости от амплитуды сигнала СВЧ из-за уменьшения крутизны проходной характеристики ПТШ при увеличении отрицательного напряжения затвор-исток,first, the low gain in the operating mode and its dependence on the amplitude of the microwave signal due to a decrease in the slope of the PTSh transmission characteristic with an increase in the negative gate-source voltage,

во-вторых, высоком уровне низкочастотных шумов (на частотах ниже 1 МГц), обусловленных сильной зависимостью входной емкости (Свх) от напряжения затвор-исток (Uзи), что в свою очередь обусловлено флуктуацией концентрации и подвижности основных носителей заряда в активном полупроводниковом слое и соответственно высоком уровне низкочастотных шумов устройств СВЧ на ПТШ, ограничивающих применение ПТШ в ряде устройств СВЧ, и прежде всего, в усилителях и генераторах СВЧ.Secondly, a high level of low-frequency noise (at frequencies below 1 MHz) due to the strong dependence of the input capacitance (C Rin) from the gate-source voltage (U link), which in turn is caused by the fluctuation of the concentration and mobility of the majority charge carriers in the active semiconductor layer and, accordingly, a high level of low-frequency noise of microwave devices on the PTSh, which limits the use of PTSh in a number of microwave devices, and first of all, in amplifiers and microwave generators.

Известен полевой транзистор с барьером Шотки, содержащий полуизолирующую подложку с выполненным на ней активным полупроводниковым слоем, на противоположной поверхности которого выполнены электроды истока, затвора, стока.A field-effect transistor with a Schottky barrier is known, containing a semi-insulating substrate with an active semiconductor layer made on it, on the opposite surface of which the source, gate, drain electrodes are made.

В котором, с целью повышения линейности передаточной характеристики путем уменьшения зависимости крутизны проходной характеристики от напряжения затвор-исток, активный полупроводниковый слой выполнен неоднородно легированным, при этом концентрация основных носителей заряда в активном полупроводниковом слое увеличивается в направлении от электрода затвора к полуизолирующей подложке, либо плавно, либо ступенчато [Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М, Мир, 1984, т.1, с. 348].In which, in order to increase the linearity of the transfer characteristic by decreasing the dependence of the slope of the transmission characteristic on the gate-source voltage, the active semiconductor layer is made inhomogeneously doped, while the concentration of the main charge carriers in the active semiconductor layer increases in the direction from the gate electrode to the semi-insulating substrate, or smoothly , or stepwise [Zi S. Physics of semiconductor devices. M, Mir, 1984, vol. 1, p. 348].

Неоднородно легированный активный полупроводниковый слой позволил устранить недостатки характерные для ПТШ с однородно легированным активным полупроводниковым слоем, но недостаточно в ряде случаев его применения в устройствах СВЧ.The inhomogeneously doped active semiconductor layer made it possible to eliminate the disadvantages characteristic of a PTSh with a uniformly doped active semiconductor layer, but it is not enough in a number of cases of its use in microwave devices.

Известен полевой транзистор с барьером Шотки, содержащий полуизолирующую подложку с выполненным на ней активным полупроводниковым слоем, на противоположной поверхности которого выполнены электроды истока, затвора и стока. При этом активный полупроводниковый слой выполнен, как и в предыдущем аналоге, неоднородно легированным.A field-effect transistor with a Schottky barrier is known, containing a semi-insulating substrate with an active semiconductor layer made on it, on the opposite surface of which the source, gate and drain electrodes are made. In this case, the active semiconductor layer is made, as in the previous analogue, inhomogeneously doped.

В котором, как и в предыдущем аналоге, с целью повышения линейности передаточной характеристики, часть активного полупроводникового слоя, расположенная на расстоянии от электрода затвора превышающем 0,08 мкм, выполнена с концентрацией легирующей примеси большей 2×1017 см-3 и поверхностной плотностью этой примеси (1,3-2,5)×1012 см-2, а часть активного полупроводникового слоя между упомянутой его частью и электродом затвора выполнена с концентрацией легирующей примеси менее 2×1017 см-3 [/Патент 2093925 РФ. Полевой транзистор / Богданов Ю.М., Пашковский А.Б. Тагер А.С., Яцюк Ю.А., Петров К.И. // Бюл. - 1997 г. - №29/] - прототип.In which, as in the previous analogue, in order to increase the linearity of the transfer characteristic, the part of the active semiconductor layer located at a distance from the gate electrode exceeding 0.08 μm is made with a dopant concentration greater than 2 × 10 17 cm -3 and the surface density of this impurities (1.3-2.5) × 10 12 cm -2 , and a part of the active semiconductor layer between the said part and the gate electrode is made with a dopant concentration less than 2 × 10 17 cm -3 [/ Patent 2093925 RF. Field-effect transistor / Bogdanov Yu.M., Pashkovsky A.B. Tager A.S., Yatsyuk Yu.A., Petrov K.I. // Bul. - 1997 - No. 29 /] - prototype.

Оптимизация профиля легирования активного полупроводникового слоя обеспечила уменьшение:Optimization of the doping profile of the active semiconductor layer provided a decrease in:

- зависимости входной емкости, крутизны проходной характеристики и линейности передаточной характеристики от напряжения затвор-исток.- the dependence of the input capacitance, the slope of the transmission characteristic and the linearity of the transfer characteristic on the gate-source voltage.

- влияния флуктуаций концентрации и подвижности основных носителей заряда в активном полупроводниковом слое на параметры эквивалентной схемы ПТШ и соответственно снижение низкочастотных шумов ПТШ и устройств СВЧ на ПТШ.- the influence of fluctuations in the concentration and mobility of the main charge carriers in the active semiconductor layer on the parameters of the equivalent circuit of the PTSh and, accordingly, a decrease in the low-frequency noise of the PTSh and microwave devices on the PTSh.

Однако, при уменьшении длины электрода затвора менее 1 мкм (типичная длина электрода затвора современных ПТШ менее 0,5 мкм) в заявленных границах, не всегда удается обеспечить область постоянной крутизны проходной характеристики и линейности передаточной характеристики и соответственно - высокий коэффициент усиления и низкий уровень низкочастотных шумов ПТШ и устройств СВЧ на ПТШ.However, when the length of the gate electrode is reduced to less than 1 μm (the typical length of the gate electrode of modern PTSh is less than 0.5 μm) within the stated limits, it is not always possible to provide a region of constant steepness of the transmission characteristic and linearity of the transfer characteristic and, accordingly, a high gain and a low level of low-frequency noise of PTSh and microwave devices on PTSh.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента усиления, снижение уровня низкочастотных шумов полевых транзисторов с барьером Шотки и устройств СВЧ на них.The technical result of the invention is to increase the gain, reduce the level of low-frequency noise of field-effect transistors with a Schottky barrier and microwave devices on them.

Указанный технический результат достигается заявленным полевым транзистором с барьером Шотки, содержащим полуизолирующую подложку, электроды истока, затвора, стока, на полуизолирующей подложке выполнен неоднородно легированный активный полупроводниковый слой из двух частей - первой и второй, первая часть -на заданном расстоянии от электрода затвора, с концентрацией легирующей примеси более 2×1017 см-3 и заданной поверхностной плотностью этой примеси, вторая часть - между первой частью и электродом затвора, с концентрацией легирующей примеси менее 2×1017 см-3, электрод затвора выполнен на противоположной поверхности активного полупроводникового слоя.The specified technical result is achieved by the claimed field-effect transistor with a Schottky barrier containing a semi-insulating substrate, source, gate, drain electrodes; on the semi-insulating substrate, an inhomogeneously doped active semiconductor layer is made of two parts - the first and the second, the first part - at a given distance from the gate electrode, with with a dopant concentration of more than 2 × 10 17 cm -3 and a given surface density of this impurity, the second part is between the first part and the gate electrode, with a dopant concentration less than 2 × 10 17 cm -3 , the gate electrode is made on the opposite surface of the active semiconductor layer ...

В которомWherein

полуизолирующая подложка выполнена из монокристаллического арсенида галлия,semi-insulating substrate made of monocrystalline gallium arsenide,

упомянутая первая часть неоднородно легированного активного полупроводникового слоя выполнена на расстоянии от электрода затвора более 0,05 мкм, толщиной менее 0,07 мкм, с поверхностной плотностью легирующей примеси (0,6-3,0)×1012 см-2,said first part of the inhomogeneously doped active semiconductor layer is made at a distance from the gate electrode of more than 0.05 μm, with a thickness of less than 0.07 μm, with a surface density of the dopant (0.6-3.0) × 10 12 cm -2 ,

полевой транзистор с барьером Шотки дополнительно содержит буферный и контактный слои,a field-effect transistor with a Schottky barrier additionally contains a buffer and contact layers,

при этом буферный слой выполнен между упомянутой полуизолирующей подложкой и неоднородно легированным активным полупроводниковым слоем, толщиной более 0,2 мкм,wherein the buffer layer is made between the said semi-insulating substrate and the non-uniformly doped active semiconductor layer with a thickness of more than 0.2 μm,

контактный слой выполнен на второй части неоднородно легированного активного полупроводникового слоя, толщиной более 0,01 мкм, с концентрацией легирующей примеси более 2×1018 см-3, на противоположной его поверхности выполнены электроды истока и стока, расстояние между границами контактного слоя под электродами истока и стока более 0,8 мкм,the contact layer is made on the second part of the inhomogeneously doped active semiconductor layer, with a thickness of more than 0.01 μm, with a dopant concentration of more than 2 × 10 18 cm -3 , the source and drain electrodes are made on its opposite surface, the distance between the boundaries of the contact layer under the source electrodes and drain more than 0.8 microns,

упомянутый электрод затвора выполнен длиной менее 0,7 мкм, на равном расстоянии от центра между границ контактного слоя под электродами истока и стока, либо смещен в сторону электрода истока.the said gate electrode is made with a length of less than 0.7 μm, at an equal distance from the center between the boundaries of the contact layer under the source and drain electrodes, or is displaced towards the source electrode.

Раскрытие сущности изобретения.Disclosure of the essence of the invention.

Выполнение:Performance:

полуизолирующей подложки из монокристаллического арсенида галлия,semi-insulating substrate made of monocrystalline gallium arsenide,

первой части неоднородно легированного активного полупроводникового слоя на расстоянии от электрода затвора более 0,05 мкм, толщиной менее 0,07 мкм, с поверхностной плотностью легирующей примеси (0,6-3,0)×1012 см-2.the first part of a non-uniformly doped active semiconductor layer at a distance from the gate electrode of more than 0.05 μm, a thickness of less than 0.07 μm, with a surface density of the dopant (0.6-3.0) × 10 12 cm -2 .

Наличие в полевом транзисторе с барьером Шотки дополнительно буферного и контактного слоев, при этом когда:The presence of an additional buffer and contact layers in a field-effect transistor with a Schottky barrier, while when:

буферный слой выполнен между упомянутой полуизолирующей подложкой и неоднородно легированным активным полупроводниковым слоем, толщиной более 0,2 мкм,a buffer layer is made between said semi-insulating substrate and an inhomogeneously doped active semiconductor layer with a thickness of more than 0.2 μm,

контактный слой выполнен на второй части неоднородно легированного активного полупроводникового слоя, толщиной более 0,01 мкм, с концентрацией легирующей примеси более 2×1018 см-3, the contact layer is made on the second part of the inhomogeneously doped active semiconductor layer, with a thickness of more than 0.01 microns, with a dopant concentration of more than 2 × 10 18 cm -3 ,

на противоположной его поверхности выполнены электроды истока и стока, расстояние между границами контактного слоя под электродами истока и стока более 0,8 мкм,on its opposite surface, the source and drain electrodes are made, the distance between the boundaries of the contact layer under the source and drain electrodes is more than 0.8 μm,

электрод затвора выполнен длиной менее 0,7 мкм, на равном расстоянии от центра между границами контактного слоя под электродами истока и стока, либо смещен в сторону электрода истока.the gate electrode is made with a length of less than 0.7 μm, at an equal distance from the center between the boundaries of the contact layer under the source and drain electrodes, or is displaced towards the source electrode.

Это обеспечивает:This provides:

во-первых, исключение миграции неконтролируемых примесей из полуизолирующей подложки в активный полупроводниковый слой, в том числе канал полевого транзистора с барьером Шотки и, тем самым обеспечивает:firstly, the elimination of migration of uncontrolled impurities from the semi-insulating substrate into the active semiconductor layer, including the channel of the field-effect transistor with the Schottky barrier, and thereby provides:

а) высокую подвижность основных носителей заряда в активном полупроводниковом слое и, соответственно, - увеличение выходного тока в канале полевого транзистора с барьером Шотки и, как следствие, -повышение коэффициента усиления ПТШ,a) high mobility of the main charge carriers in the active semiconductor layer and, accordingly, an increase in the output current in the channel of a field-effect transistor with a Schottky barrier and, as a consequence, an increase in the PTSh gain,

б) дальнейшее уменьшение влияния флуктуаций концентрации и подвижности основных носителей заряда в активном полупроводниковом слое на параметры эквивалентной схемы ПТШ и, как следствие, -снижение низкочастотных шумов устройств СВЧ на ПТШ,b) a further decrease in the influence of fluctuations in the concentration and mobility of the majority charge carriers in the active semiconductor layer on the parameters of the equivalent circuit of the PTSh and, as a consequence, a decrease in the low-frequency noise of microwave devices on the PTSh,

во-вторых, оптимизацию конструкции полевого транзистора с барьером Шотки и, тем самым - возможность подбора для каждой любой длины электрода затвора соответствующих параметров активного полупроводникового слоя, обеспечивающих постоянство входной емкости при изменении напряжения затвор-исток и при достаточно высоком пробивном напряжении (Uпр) и, тем самым - увеличение области постоянной крутизны проходной характеристики (линейности передаточной характеристики) и, как следствие, -secondly, optimization of the design of a field-effect transistor with a Schottky barrier and, thereby, the possibility of selecting for each any length of the gate electrode the corresponding parameters of the active semiconductor layer, ensuring the constancy of the input capacitance when the gate-source voltage changes and at a sufficiently high breakdown voltage (U pr ) and, thus, an increase in the area of constant steepness of the transmission characteristic (linearity of the transfer characteristic) and, as a consequence, -

во-первых, повышение коэффициента усиления ПТШ,firstly, an increase in the PTSh gain,

во-вторых, снижение уровня низкочастотных шумов ПТШ.secondly, a decrease in the level of low-frequency PTSh noise.

И соответственно указанное выше и в устройствах СВЧ на ПТШ.And accordingly, the above and in microwave devices on PTSh.

Выполнение первой части неоднородно легированного активного полупроводникового слоя:Implementation of the first part of the inhomogeneously doped active semiconductor layer:

на расстоянии от электрода затвора менее 0,05 мкм, равно как толщиной более 0,07 мкм и поверхностной плотностью легирующей примеси менее 0,6×1012 см-2 не допустимо, из-за возникающей сильной зависимости входной емкости и крутизны проходной характеристики от напряжения затвор-исток.at a distance of less than 0.05 μm from the gate electrode, as well as with a thickness of more than 0.07 μm and a surface density of the dopant less than 0.6 × 10 12 cm -2, it is not permissible, due to the emerging strong dependence of the input capacitance and steepness of the transmission characteristic on gate-source voltage.

с поверхностной плотностью легирующей примеси более 3,0×1012 см-2 не желательно из-за:with a dopant surface density of more than 3.0 × 10 12 cm -2 is not desirable due to:

а) увеличения напряжения отсечки (Uотс) ПТШ и соответственно падения его рабочего напряжения,a) an increase in the cutoff voltage ( Uoff ) of the PTSh and, accordingly, a drop in its operating voltage,

б) проявления краевых эффектов, приводящих к более сильной зависимости входной емкости от напряжения на электродах затвор-исток.b) manifestations of edge effects, leading to a stronger dependence of the input capacitance on the voltage at the gate-source electrodes.

Выполнение буферного слоя толщиной менее 0,2 мкм не желательно из-за потери его функциональности.Making the buffer layer less than 0.2 μm thick is not desirable due to the loss of its functionality.

Выполнение контактного слоя на второй части неоднородно легированного активного полупроводникового слоя толщиной менее 0,01 мкм, равно как с концентрацией легирующей примеси менее 2×1018 см-3 нежелательно из-за увеличения сопротивления электрода истока и соответственно уменьшения коэффициента усиления ПТШ.The implementation of the contact layer on the second part of the inhomogeneously doped active semiconductor layer with a thickness of less than 0.01 μm, as well as with a dopant concentration of less than 2 × 10 18 cm -3, is undesirable due to an increase in the resistance of the source electrode and, accordingly, a decrease in the PTSh gain.

Выполнение расстояния между границами контактного слоя под электродами истока и стока менее 0,8 мкм нежелательно из-за уменьшения пробивного напряжения ПТШ.Making the distance between the boundaries of the contact layer under the source and drain electrodes less than 0.8 μm is undesirable due to a decrease in the breakdown voltage of the PTSh.

Выполнение электрода затвора длиной более 0,7 мкм нежелательно из-за уменьшения коэффициента усиления ПТШ.The implementation of the gate electrode with a length of more than 0.7 μm is undesirable due to a decrease in the PTSh gain.

Итак, совокупность существенных признаков заявленного полевого транзистора с барьером Шотки, в полной мере, обеспечивает указанный технический результат, а именно повышение коэффициента усиления, снижение уровня низкочастотных шумов ПТШ и устройств СВЧ на ПТШ.So, the set of essential features of the claimed field-effect transistor with a Schottky barrier, in full measure, provides the specified technical result, namely, an increase in the gain, a decrease in the level of low-frequency noise of the PTSh and microwave devices on the PTSh.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1. Дано схематическое изображение заявленного полевого транзистора с барьером Шотки, гдеFIG. 1. A schematic representation of the claimed field-effect transistor with a Schottky barrier is given, where

- полуизолирующая подложка из монокристаллического арсенида галлия - 1,- semi-insulating substrate made of monocrystalline gallium arsenide - 1,

электроды истока, затвора, стока - 2, 3, 4 соответственно,source, gate, drain electrodes - 2, 3, 4, respectively,

неоднородно легированный активный полупроводниковый слой - 5, из двух частей: первой - 5 а и второй - 5 б.inhomogeneously doped active semiconductor layer - 5, of two parts: the first - 5 a and the second - 5 b.

дополнительно буферный - 6 и контактный - 7 слои.additional buffer - 6 and contact - 7 layers.

На фиг. 2. Дана реализация профиля концентрации легирующей (донорной) примеси по глубине активного полупроводникового слоя от электрода затвора.FIG. 2. The implementation of the profile of the concentration of the dopant (donor) impurity along the depth of the active semiconductor layer from the gate electrode is given.

На фиг. 3. Даны зависимости входной емкости (Свх) от напряжения затвор-исток (Uзи) заявленного полевого транзистора с барьером Шотки (сплошная линия) и полевого транзистора с барьером Шотки - прототипа (пунктирная линия).FIG. 3. The dependences of the input capacitance (C in ) on the gate-source voltage (U si ) of the declared field-effect transistor with a Schottky barrier (solid line) and a field-effect transistor with a Schottky barrier - prototype (dashed line) are given.

Примеры реализации заявленного полевого транзистора с барьером Шотки.Examples of implementation of the claimed field-effect transistor with a Schottky barrier.

Пример 1.Example 1.

На полуизолирующей подложке из монокристаллического арсенида галлия - 1 с атомарно гладкой поверхностью (АГПЧ-76,2-450-(100)2,5 град.(110)-ЕJ-ДСП ТУ6365-01-52692510-2010) посредством метода газофазной эпитаксии (установка AEXTRON) формируют следующую прямую последовательность сплошных технологических слоев полевого транзистора с барьером Шотки:On a semi-insulating substrate made of monocrystalline gallium arsenide - 1 with an atomically smooth surface (AGPCh-76.2-450- (100) 2.5 deg. (110) -EJ-chipboard TU6365-01-52692510-2010) by means of gas-phase epitaxy ( installation AEXTRON) form the following direct sequence of continuous technological layers of a field-effect transistor with a Schottky barrier:

- буферный слой 6 толщиной 0,6 мкм;- buffer layer 6 with a thickness of 0.6 μm;

- неоднородно легированный активный полупроводниковый слой 5 из двух частей:- inhomogeneously doped active semiconductor layer 5 of two parts:

первой 5 а - на расстоянии от электрода затвора - 0,07 мкм, толщиной 0,04 мкм, с поверхностной плотностью легирующей примеси 1,8×1012 см-2,the first 5 a - at a distance from the gate electrode - 0.07 μm, thickness 0.04 μm, with the surface density of the dopant 1.8 × 10 12 cm -2 ,

второй 5 б - с концентрацией легирующей примеси 1,0×1017 см-3;the second 5 b - with a dopant concentration of 1.0 × 10 17 cm -3 ;

- контактный слой 7 толщиной 0,02 мкм, с концентрацией легирующей примеси 5×1018 см-3, расстояние между его границами под электродами истока 2 и стока 4 - 1,0 мкм.- contact layer 7 with a thickness of 0.02 µm, with a dopant concentration of 5 × 10 18 cm -3 , the distance between its boundaries under the source 2 and drain electrodes 4 is 1.0 µm.

Далее формируют топологию полевого транзистора с барьером Шотки посредством методов литографии и травления.Next, the topology of a field effect transistor with a Schottky barrier is formed by means of lithography and etching methods.

При этом:Wherein:

первая часть неоднородно легированного активного полупроводникового слоя 5 а выполнена на расстоянии от электрода затвора 3 - 0,07 мкм,the first part of the inhomogeneously doped active semiconductor layer 5 a is made at a distance from the gate electrode 3 - 0.07 μm,

контактный слой 7 выполнен на второй части неоднородно легированного активного полупроводникового слоя 5 б, толщиной 0,02 мкм, с концентрацией легирующей примеси 5×1018 см-3, на противоположной его поверхности выполнены электроды истока 2 и стока 4, на расстоянии между границами контактного слоя 7 под электродами истока 2 и стока 4 - 1,0 мкм,the contact layer 7 is made on the second part of the inhomogeneously doped active semiconductor layer 5 b, 0.02 μm thick, with a dopant concentration of 5 × 10 18 cm -3 , on its opposite surface, the source 2 and drain 4 electrodes are made, at a distance between the boundaries of the contact layer 7 under the electrodes of source 2 and drain 4 - 1.0 μm,

электрод затвора 3 выполнен длиной 0,3 мкм, на равном расстоянии от центра между границами контактного слоя 7 под электродами истока 2 и стока 4.the gate electrode 3 is made with a length of 0.3 μm, at an equal distance from the center between the boundaries of the contact layer 7 under the source 2 and drain 4 electrodes.

Примеры 2-5.Examples 2-5.

Примеры выполнены аналогично примеру 1, но при других конструкционных параметрах полевого транзистора с барьером Шотки, как указанных в формуле изобретения (примеры 2-3), так и выходящих за ее пределы (примеры 4-5), при этом, когда электрод затвора 3 выполнен на равном расстоянии от границ контактного слоя 7 под электродами истока 2 и стока 4 (частный случай).The examples are made similar to example 1, but with other design parameters of the field-effect transistor with a Schottky barrier, both specified in the claims (examples 2-3) and outside of it (examples 4-5), while when the gate electrode 3 is made at an equal distance from the boundaries of the contact layer 7 under the electrodes of the source 2 and drain 4 (a special case).

Примеры 6-10.Examples 6-10.

Примеры выполнены аналогично (примерам 1-5) каждый соответственно, при этом, когда электрод затвора 3 смещен в сторону электрода истока 2 (частный случай).The examples are made similarly (examples 1-5) each, respectively, when the gate electrode 3 is displaced towards the source electrode 2 (special case).

Пример 6 соответствует данным прототипа.Example 6 corresponds to the data of the prototype.

На изготовленных образцах полевого транзистора с барьером Шотки измерены:On manufactured samples of a field-effect transistor with a Schottky barrier, the following were measured:

1. Коэффициент усиления ПТШ на частоте 10 ГГц (Векторный анализатор цепей Agilent - PNA - L - N5230C).1. PTSh gain at 10 GHz (Agilent Vector Network Analyzer - PNA - L - N5230C).

2. Низкочастотные шумы (фазовые шумы) усилителя СВЧ на этих ПТШ при отстройке от несущей частоты на 10 кГц (Анализатор сигналов Agilent - Е5052 В - Е5052А).2. Low-frequency noise (phase noise) of the microwave amplifier on these PTSh at 10 kHz offset from the carrier frequency (Agilent Signal Analyzer - E5052 B - E5052A).

Данные представлены в таблице и на фиг. 3.The data are presented in the table and in FIG. 3.

Как видно из таблицы образцы полевых транзисторов с барьером Шотки, выполненные согласно заявленной формуле изобретения имеют:As can be seen from the table, samples of field-effect transistors with a Schottky barrier, made according to the claimed claims, have:

- коэффициент усиления примерно 11 дБ на частоте 10 ГГц;- gain of approximately 11 dB at 10 GHz;

- уровень низкочастотных шумов усилителя СВЧ на этих ПТШ при отстройке частоты от несущей частоты 10 кГц благодаря постоянной входной емкости (фиг. 3) составляет порядка 145-155 дБ/Гц (примеры 1-3, 6-8).- the level of low-frequency noise of the microwave amplifier on these PTSh at a frequency offset from the carrier frequency of 10 kHz due to the constant input capacitance (Fig. 3) is about 145-155 dB / Hz (examples 1-3, 6-8).

В отличие от образцов, выполненных с конструкционными параметрами за пределами формулы изобретения, равно как и образец - прототипа, которые имеют:Unlike samples made with design parameters outside the claims, as well as a prototype sample, which have:

- коэффициент усиления 3-10 дБ на частоте 10 ГГц,- gain 3-10 dB at 10 GHz,

- уровень низкочастотных шумов усилителя СВЧ на этих ПТШ при отстройке частоты от несущей частоты 10 кГц составляет порядка 125-140 дБ/Гц (примеры 4-5, 9-10).- the level of low-frequency noise of the microwave amplifier on these PTSh at a frequency offset from the carrier frequency of 10 kHz is about 125-140 dB / Hz (examples 4-5, 9-10).

Таким образом, заявленный полевой транзистор с барьером Шотки по сравнению с прототипом обеспечит:Thus, the declared field-effect transistor with a Schottky barrier in comparison with the prototype will provide:

- повышение коэффициента усиления примерно на 80 процентов,- an increase in the gain by about 80 percent,

- снижение уровня низкочастотных шумов устройств СВЧ на заявленных ПТШ примерно на 10-20 дБ/Гц.- decrease in the level of low-frequency noise of microwave devices on the declared PTSh by about 10-20 dB / Hz.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Полевой транзистор с барьером Шотки, содержащий полуизолирующую подложку, электроды истока, затвора, стока, на полуизолирующей подложке выполнен неоднородно легированный активный полупроводниковый слой из двух частей - первой и второй, первая часть - на заданном расстоянии от электрода затвора, с концентрацией легирующей примеси более 2×1017 см-3 и заданной поверхностной плотностью этой примеси, вторая часть - между упомянутой первой частью и электродом затвора, с концентрацией легирующей примеси менее 2×1017 см-3, электрод затвора выполнен на противоположной поверхности активного полупроводникового слоя, отличающийся тем, что полуизолирующая подложка выполнена из монокристаллического арсенида галлия, упомянутая первая часть неоднородно легированного активного полупроводникового слоя выполнена на расстоянии от электрода затвора более 0,05 мкм, толщиной менее 0,07 мкм, с поверхностной плотностью легирующей примеси (0,6-3,0)×1012 см-2, полевой транзистор с барьером Шотки дополнительно содержит буферный и контактный слои, при этом буферный слой выполнен между упомянутой полуизолирующей подложкой и неоднородно легированным активным полупроводниковым слоем, толщиной более 0,2 мкм, контактный слой выполнен на второй части неоднородно легированного активного полупроводникового слоя, толщиной более 0,01 мкм, с концентрацией легирующей примеси более 2×1018 см-3, на противоположной его поверхности выполнены электроды истока и стока, расстояние между границами контактного слоя под электродами истока и стока более 0,8 мкм, упомянутый электрод затвора выполнен длиной менее 0,7 мкм, на равном расстоянии от центра между границами контактного слоя под электродами истока и стока, либо смещен в сторону электрода истока.A field-effect transistor with a Schottky barrier, containing a semi-insulating substrate, source, gate, drain electrodes, a non-uniformly doped active semiconductor layer is made on the semi-insulating substrate from two parts - the first and the second, the first part - at a given distance from the gate electrode, with a dopant concentration of more than 2 × 10 17 cm -3 and a given surface density of this impurity, the second part is between the said first part and the gate electrode, with a dopant concentration less than 2 × 10 17 cm -3 , the gate electrode is made on the opposite surface of the active semiconductor layer, characterized in that that the semi-insulating substrate is made of monocrystalline gallium arsenide, the said first part of the inhomogeneously doped active semiconductor layer is made at a distance from the gate electrode of more than 0.05 μm, with a thickness of less than 0.07 μm, with a surface density of the dopant (0.6-3.0) × 10 12 cm -2 , a field-effect transistor with a Schottky barrier complement separately contains a buffer and contact layers, while the buffer layer is made between the aforementioned semi-insulating substrate and an inhomogeneously doped active semiconductor layer with a thickness of more than 0.2 μm, the contact layer is made on the second part of an inhomogeneously doped active semiconductor layer with a thickness of more than 0.01 μm, with with a dopant concentration of more than 2 × 10 18 cm -3 , the source and drain electrodes are made on its opposite surface, the distance between the boundaries of the contact layer under the source and drain electrodes is more than 0.8 μm, the said gate electrode is made less than 0.7 μm long, equal distance from the center between the boundaries of the contact layer under the source and drain electrodes, or is displaced towards the source electrode.
RU2020130346A 2020-09-14 2020-09-14 Field-effect transistor with schottky barrier RU2743225C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130346A RU2743225C1 (en) 2020-09-14 2020-09-14 Field-effect transistor with schottky barrier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130346A RU2743225C1 (en) 2020-09-14 2020-09-14 Field-effect transistor with schottky barrier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743225C1 true RU2743225C1 (en) 2021-02-16

Family

ID=74666109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020130346A RU2743225C1 (en) 2020-09-14 2020-09-14 Field-effect transistor with schottky barrier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2743225C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784754C1 (en) * 2021-12-30 2022-11-29 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Uhf field-effect transistor with a schottky barrier

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6303479B1 (en) * 1999-12-16 2001-10-16 Spinnaker Semiconductor, Inc. Method of manufacturing a short-channel FET with Schottky-barrier source and drain contacts
KR100731583B1 (en) * 2005-10-25 2007-06-22 경북대학교 산학협력단 Schottky Barrier Field Effect Transistor and manufacturing method at the same of
RU2465682C1 (en) * 2011-06-29 2012-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Method to manufacture microwave field transistor with schottky barrier
CN102832241B (en) * 2012-09-14 2016-04-27 电子科技大学 A kind of gallium nitride radical heterojunction field effect transistor with horizontal p-n junction composite buffering Rotating fields
RU2671312C2 (en) * 2016-01-26 2018-10-30 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (АО "НИИПП") High-frequency field transistor with the additional field electrode manufacturing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6303479B1 (en) * 1999-12-16 2001-10-16 Spinnaker Semiconductor, Inc. Method of manufacturing a short-channel FET with Schottky-barrier source and drain contacts
KR100731583B1 (en) * 2005-10-25 2007-06-22 경북대학교 산학협력단 Schottky Barrier Field Effect Transistor and manufacturing method at the same of
RU2465682C1 (en) * 2011-06-29 2012-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") Method to manufacture microwave field transistor with schottky barrier
CN102832241B (en) * 2012-09-14 2016-04-27 电子科技大学 A kind of gallium nitride radical heterojunction field effect transistor with horizontal p-n junction composite buffering Rotating fields
RU2671312C2 (en) * 2016-01-26 2018-10-30 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (АО "НИИПП") High-frequency field transistor with the additional field electrode manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784754C1 (en) * 2021-12-30 2022-11-29 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Uhf field-effect transistor with a schottky barrier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5758796B2 (en) Transistor having p-type buried layer under source region and method for manufacturing the same
US5270554A (en) High power high frequency metal-semiconductor field-effect transistor formed in silicon carbide
Adivarahan et al. Submicron gate Si 3 N 4/AlGaN/GaN-metal-insulator-semiconductor heterostructure field-effect transistors
TW201511261A (en) Recessed field plate transistor structures
WO2001013436A1 (en) Passivation of gan based fets
Mimura et al. GaAs microwave MOSFET's
US6285046B1 (en) Controllable semiconductor structure with improved switching properties
Zech et al. An ultra-broadband low-noise traveling-wave amplifier based on 50nm InGaAs mHEMT technology
US5821576A (en) Silicon carbide power field effect transistor
Fukuta et al. Power GaAs MESFET with a high drain-source breakdown voltage
US5270798A (en) High electron mobility transistor
WO2005114746A1 (en) Novel structures of silicon carbide metal semiconductor field effect transistors for high voltage and high power applications
RU2743225C1 (en) Field-effect transistor with schottky barrier
US4590502A (en) Camel gate field effect transistor device
WO2005006445A1 (en) Split-channel high electron mobility transistor device
WO2004097941A1 (en) Electronic device comprising a field-effect transistor for high-frequency applications
EP0486062A1 (en) High-frequency oscillator
US4450372A (en) Electronic control variable phase shift device comprising a long gate field effect-transistor and a circuit using such a device
Ikeda et al. Power MOSFET's for medium-wave and short-wave transmitters
RU2563544C1 (en) Semiconductor heterostructure
US3648185A (en) Semiconductor device for amplifying microwaves
US4300148A (en) Semiconductor device gate-drain configuration
US3754191A (en) Semiconductor device for amplifying micro-wave
EP0585942A1 (en) Dual gate MESFET
Ren et al. GaAs MESFETs, Ring oscillators and Divide-by-2 integrated Circuits fabricated on MBE grown GaAs on Si substrates